Czujka refleksyjna - odbitej podczerwieni

Czujka odbitej od przeszkody fali podczerwieni.

Witam.
Zainteresował mnie "czujnik podczerwieni do robota" jaki wykonał kolega mirekk36. Wykorzystałem schemat ideowy kolegi z niewielkimi zmianami.



Układ służyć ma jako czujka cofania - wykrycia przeszkody. Wykonałem czujkę ultradźwiękową z pomiarem odległości na bazie modułu SR-04. Ponieważ czujnik nie jest hermetyczny warunki atmosferyczne szybko zniszczą delikatny nadajnik lub odbiornik takiej czujki. Dostępny w handlu hermetyczny komplet ultradźwiękowy jest drogi, a dwa w jednym wymagają dodatkowych elementów. Gotowe układy chińskie nie zachęcają do kupowania. Czujniki podczerwieni znanych producentów do tanich także nie należą.

Odbita podczerwień zależy od wielu czynników takich, jak n.p. tło, chropowatość powierzchni czy kolor przeszkody. Podszedłem więc do tematu z rezerwą. Postanowiłem wszakże spróbować. Przedstawiam prototyp testowy.

Całość składa się z płytki elektroniki głównej i modułu wyniesionego.
Na płytce elektroniki umieszczone są:
* stabilizator +5V,
* mikroprocesor tiny13,
* dioda prostownicza (brak na zdjęciu),
* tranzystor buzerka (brak na zdęciu),
* dioda wykrycia przeszkody LED,
* PR zasięgu podczerwieni,
* wymagane oporniki i kondensatory,
* kołki podłączeniowe zasilania +12V,
* kołki odbiornika podczerwieni i diod nadawczych.

Moduł wyniesiony zawiera:
* odbiornik podczerwieni TSOP 4836 umieszczony centralnie (może być TSOP 1736 lub podobny),
* dwie diody podczerwieni montowane na końcach obudowy oddalone od siebie o 7,5 cm i w równej odległości od odbiornika.

Podzespoły połączone są przewodami. Diody podczerwieni umieściłem w t.z. beczce. Zeszlifowałem zaprasowaną końcówkę beczki, usunąłem dwie tuleje wewnętrzne i w ich miejsce lekko wcisnąłem diodę podczerwieni. Średnicę diody do wewnętrznej średnicy beczki dopasowałem stosując termoskurczkę nakładaną na diodę warstwami, nie dysponowałem tulejką o odpowiednich średnicach. Dioda nie jest wciśnięta do oporu, jest nieco cofnięta patrząc na nią od przodu, a to ze względu na "fałszywe" promienie podczerwieni. Pierwszą warstwę na diodzie stanowi czarna termoskurczka zaprasowana od tyłu z w/w powodu. Podobnie postąpiłem z drugą diodą. Tak przygotowane elementy optyczne przykręciłem do obudowy od tyłu nakrętką mocującą. Diody przylutowałem do płytki. Odbiornik podczerwieni przykleiłem - Kropelką, a wyprowadzenia przylutowałem do płytki. Odbiornik od środka osłoniłem czarną taśmą izolacyjną. Dodatkowo elementy zabezpieczyłem lakierem. W module jest także buzerek przylutowany do płytki. Części pochodzą z zapasów. Symbole użytych elementów opisałem na schemacie. Program napisałem w Bascom-ie.



Działanie układu polega na odebraniu odbitej od przeszkody fali podczerwieni z jednej z trzech stron (lewa, środek, prawa) i sygnalizowanie tego faktu świeceniem diody LED i przerywanym sygnałem dźwiękowym (do testów zamiast buzerka posłużyła dioda LED). Nadawcze diody IR wysyłają falę o częstotliwości 36 kHz. Odbiornik podczerwieni po odebraniu odbitej od przeszkody fali kieruje sygnał do kontrolera tiny13, a ten wysyła odpowiednie sygnały wyściowe. Timer0 kontrolera generuje falę prostokątną 36kHz. Jest to bardzo uproszczona wersja projektu wymienionego wyżej kolegi. Układ nie analizuje kierunku, z którego sygnał odbija się od przeszkody n.p. kierunek prawy lecz sygnalizuje jedynie pojawienie się przeszkody w polu widzenia czujki. Najważniejsze dla mnie są sygnały centralne. Takie jest jego zadanie. Dlaczego dwie diody podczerwieni? Po pierwsze zwiększa się strefa obserwacji, dla zastosowanego typu diody to kąt±17 stopni (34), po drugie przy uszkodzonej lub przysłoniętej diodzie nadawczej układ nie jest do końca" ślepy". Następne pytanie, czy dwa osobne układy nie spełnią tego zadania? Zapewne spełnią, ale skoro wystarczy jeden... Zasięg podczerwieni regulowany jest PR-kiem na płytce elektroniki. Sposób ten jest łatwiejszy do szybkiej regulacji zasięgu toru podczerwieni niż jej programowany odpowiednik. Można użyć osobnych PR-ków dla każdej diody podczerwieni (parametry). Zasięg 50 cm okazał się być wystarczający. Czułość układu na pojawienie się ruchomej przeszkody zależy od prędkości poruszającego się obiektu-przeszkody lub ruchu pojazdu, na którym układ został zamontowany. Każde szybkie bądź wolne machnięcie ręką przed czujką lub zbliżenie ręki do czujki z zadanej odległości sygnalizuje pojawienie się przeszkody 2 s świeceniem diody wykrycia LED, a po upływie 1 s od zaświecenia diody wykrycia 1 s świeceniem diody sygnalizacji LED (w testach zamiast buzerka). W przypadku wykrycia stałej przeszkody jako pierwsza włącza się dioda wykrycia przeszkody świecąc światłem ciągłym, a po 1 s zaczyna pulsować dioda sygnalizacji z określoną programowo częstotliwością. Diody są aktywne tak długo, jak długo przeszkoda znajduje się w polu obserwacji czujki, gasną po 1s od momentu oddalenia się od przeszkody poza zasięg czujki, ale ponowne zbliżenie się do przeszkody aktywuje czujkę. Pracę układu przedstawiają zdjęcia. Wybrałem do testów odległość 20 cm.



Testy wykazały, że przedstawiony odbiornik odbitej fali podczerwieni odporny jest na sygnały z pilotów RTV nawet wtedy, kiedy świecą prosto "w oczy" przed i w trakcie pracy. Czujkę testowałem z odbiornikiem TSOP 4836 i TSOP 1736. Wybrałem odbiornik TSOP1736. Prezentowany testowy układ nie reaguje na szybką albo wolną zmianę oświetlenia otoczenia lub oświetleniem żarówką wolframową. W testach nie użyłem świetlówki. Czujka reaguje natomiast na sygnały z pilotów z "czystą" nośną. Jeden impuls z takiego pilota włączy na chwilę obie diody, ale przy dłuższym przytrzymaniu przycisku po pierwszym impulsie już ich nie włączy. W czasie pracy oświetlenie takim pilotem jednym impulsem nic nie zmienia, ale dłuższe ciągłe oświetlenie blokuje czujnik gasząc diody. Po zwolnieniu przycisku układ wraca do "normalnej" pracy. Myślę, że jest to spowodowane blokowaniem się odbiornika. I to jest słaby punkt! Przeważnie nikt nie nosi przy sobie takich pilotów, ale ...są alarmy albo bramy wjazdowe włączane pilotem podczerwieni wykonanym przez użytkownika.



Są to piloty, których użyłem do testowania. Jeśli układ nie sprawdzi się jako czujnik cofania może sprawdzi się jako czujnik automatycznego otwierania elektrozaczepu n.p. furtki albo drzwi.